Atelier : Virtualisation avec Xen

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1 Virtualisation et Cloud Computing Atelier : Virtualisation avec Xen

2 Plan Présentation de Xen Architecture de Xen Le réseau Gestion des domaines DomU dans Xen Installation de Xen Virt. & Cloud 12/13 2

3 Xen Paravirtualisation Hyperviseur = moniteur de machines virtuelles OS invité fonctionne directement sans interception des instructions Xen 3 peut héberger des OS invités non modifiés Virt. & Cloud 12/13 3

4 Avantages de Xen Isolation complète entre les machines virtuelles Performances pour les machines virtuelles proche d'un système natif Très bon support du matériel (Xen utilise les pilotes du noyau linux) Possibilité de migrer des machines virtuelles entre des serveurs Xen sans interruption de service Open Source (license GPL) Virt. & Cloud 12/13 4

5 Architecture de Xen Un Hyperviseur (dans le noyau modifié). Gère les temps d utilisation CPU de chaque domaine. Dans leur temps alloué par le superviseur les OS invités ordonnancent leurs processus. Détecte et démarre les processeurs non initialisés par le BIOS. Supervise les interruptions (instructions privilégiées). Machines virtuelles appelées domaine. Dom0 : domaine privilégié, c est dans ce domaine que tournent les applications permettant de contrôler les autres machines virtuelles. On peut y faire tourner des services comme dans tout autre domaine bien que cela ne soit pas recommandé pour des raisons de sécurité. DomU : Toutes les autres machines virtuelles sont dans des domaines non privilégiés appelés DomU. Ces domaines sont sous le contrôle du Dom0. Virt. & Cloud 12/13 5

6 Dom0, le domaine privilégié Il est lancé au boot de la machine physique. C est dans ce domaine que tourne le noyau LinuX modifié et les applications de contrôle des DomU. Seul l hyperviseur tourne dans le ring 0, le Dom0 tourne dans le ring 1 et le reste sous le contrôle de l hyperviseur Il agit en direct avec le matériel via les pilotes du noyau. Le démon xend, chargé des tâches d administration, tourne dans ce domaine. Assure la liaison pilotes natifs <=> pilotes virtuels des domaines. Contient les fichiers de configuration des DomU (noyau à démarrer, disques, mémoire, réseau...) Virt. & Cloud 12/13 6

7 DomU, les domaines non privilégiés Plusieurs DomU peuvent être lancés et contrôlés par le Dom0. Dans ces domaines tournent les hôtes invités. Leur noyau est chargé par le Dom0 et tourne dans un ring non privilégié (ring 1 ou 2). Les noyaux chargent des pilotes virtuels ou natifs selon que le processeur supporte ou pas la VT. Virt. & Cloud 12/13 7

8 Gestion des périphériques Le Dom0 possède les pilotes natifs nécessaires pour l accès aux périphériques. Le Dom0 présente un backend de communication aux pilotes virtuels des DomU. Les DomU possèdent des pilotes virtuels et accèdent aux périphériques réels via le backend. Virt. & Cloud 12/13 8

9 Le démon Xend Xend tourne dans le Dom0 et répond aux requêtes des applications de gestion Xen (commandes xm) issues du Dom0. Il peut présenter une interface Web de gestion sur le port Fichier de configuration : /etc/xen/xend-config.sxp Configuration du réseau. Gestion de la mémoire minimum pour Dom0. CPU(s) de Dom0. Paramètres de migration. Lance deux démons: xenstored (controle des ressources allouées selon xend-config.sxp) xenconsoled (controle les connexions aux consoles des DomU - commande xm console ). Fichiers de log : /var/log/xend.log et/var/log/xend-debug.log Virt. & Cloud 12/13 9

10 Le réseau dans Xen Interfaces virtuelles (vif) Xen créé 7 paires d interfaces virtuelles ethernet utilisable par le Dom0. Paires vethx <=> vif0.x Virt. & Cloud 12/13 10

11 Interfaces virtuelles (vif) Pour chaque DomU (numéroté #N), Xen créé des paires d interfaces virtuelles (vifn.x <=> ethx) Les vifn.x sont dans le Dom0. Dans les DomU le nom des interfaces est ethx (sous LinuX). Virt. & Cloud 12/13 11

12 Mode Bridge C est le mode par défaut. Xen utilise un ou des ponts (bridges) à l intérieur du Dom0. Ce mode permet à tous les DomU d apparaître comme des machines individuelles. Au démarrage xend exécute le script network-bridge qui: Créé un ou des ponts (xenbrx) L interface physique ethx est arrêtée. L adresse MAC et l IP de ethx sont recopiés sur l interface virtuelle vethx. L interface physique ethx est renommée pethx. L interface virtuelle vethx est renommée ethx. pethx et vif0.x sont attachés au pont xenbrx. Le pont xenbrx, pethx et vif0.x sont démarrés. Virt. & Cloud 12/13 12

13 Mode Bridge pethx : interface physique (configurée par Xen) ethx : interface virtualisée (ex vethx) configurable vifn.x interfaces virtuels du ou des ponts Xen vers le DomU #N. Les paquets sortants des DomU via vifn.x ne peuvent pas être controllées par le Dom0 (iptables). Les vifn.x n ont pas d adresses IP. Virt. & Cloud 12/13 13

14 Mode NAT Dom0 jour le rôle de passerelle pour les DomU. Les vifn.x ont pour IP celles des cartes des DomU. Les règles iptables sont applicables à ces cartes dans le Dom0. Pour activer le mode NAT il faut modifier le fichier de configuration de xend: #(network-script network-bridge) #(vif-script vif-bridge) (network-script network-nat) (vif-script vif-nat) Virt. & Cloud 12/13 14

15 Mode Route Le Dom0 devient routeur pour les DomU. Les vifn.x ont pour IP celles des cartes des DomU. Elles ne voient pas passer les paquets. Les règles iptables sont applicables `a ces cartes dans le Dom0. Pour activer le mode Route il faut modifier le fichier de configuration de xend: #(network-script network-bridge) #(vif-script vif-bridge) (network-script network-route) (vif-script vif-route)\ Virt. & Cloud 12/13 15

16 Gestion des domaines DomU Arrêt/Démarrage des domaines DomU Pour démarrer automatiquement au boot de la machine physique un domaine il faut que son fichier de configuration soit dans le répertoire : /etc/xen/auto La commande xm [command] (Xen Management) est la commande de gestion principale. # xm list Affiche la liste de tous les domaines en fonctionnement. # xm create [-c] <ConfigFile> Démarre le DomU défini dans le fichier de configuration <ConfigFile>, l option -c attache une console au DomU. # xm shutdown [-a -w] <DomainName> Arrête le domaine <DomainName>, l option -a (all) arrête tous les domaines, -w (wait) ne rend la main qu une fois le domaine complétement arrêté. # xm console <DomainName> Attache une console au domaine <DomainName> Virt. & Cloud 12/13 16

17 Attribution/Gestion de la mémoire des domaines C est l hyperviseur qui contrôle les allocations de mémoire. On n attribut pas de mémoire au Dom0, il prend ce qui reste de mémoire physique. C est dans le fichier de configuration du domaine DomU que l on spécifie la taille mémoire qui lui est attribuée. On peut modifier la quantité de mémoire allouée à un DomU pendant son fonctionnement, sans jamais pouvoir passer sous la taille fixée dans son fichier de configuration. # xm mem-set <DomainName> <Mem> Modifie la quantité de mémoire (en Mo) allouée au domaine <DomainName>. Virt. & Cloud 12/13 17

18 Attribution/Gestion de la mémoire des domaines C est l hyperviseur qui contrôle les allocations CPU. VCPU = Virtual Central Process Unit. Pour Xen 1 proc = 1 CPU. Dans un système Hyperthread, 1 thread = 1 VCPU. C est dans le fichier de configuration du domaine DomU que l on spécifie le ou les VCPUs qu il peut utiliser. On peut modifier le nombre de VCPU alloués `a un DomU pendant son fonctionnement. # xm vcpu-set <DomainName> <nvcpus> Affecte au domaine <DomainName> <nvcpus> VCPU(s). # xm vcpu-list Liste les VCPUs de la machine, leur affectation aux DomU et les temps d utilisation par les DomU. # xm vcpu-pin <VCPU> <CPUs> Force un DomU à utiliser un VCPU donné Virt. & Cloud 12/13 18

19 Gestion des états Il existe 3 états pour les DomU. L état Running, c est l état normal d un DomU. L état Pause, le DomU est en pause, ses ressources lui restent affectées, il apparait dans la liste des DomU. Il ne peut faire aucun accès à ses ressources. Au niveau de l hyperviseur, il est gelé. # xm [pause unpause] <DomainName> Met,ou sort le <DomainName> de l état de pause. L état Hibernation, le DomU s arrête, les ressources sont restituées au Dom0, mais son état syst`eme est enregistré dans un fichier. # xm save <DomainName> <CheckpointFile> Met le <DomainName> en état d hibernation et sauve sont état système dans le fichier <CheckpointFile>. # xm restore <CheckpointFile> Reprise de l exécution du DomU dont l état syt`eme est enregistré dans le fichier <CheckpointFile> Virt. & Cloud 12/13 19

20 Migration de domaine La Migration est le transfert d un domaine entre 2 machines physiques différentes. Les 2 machines DOIVENT avoir accès à l image disque où est installé le domaine (File System en réseau impliquant un réseau rapide entre le serveur de FS et les DomU), la version de Xen DOIT être la même sur les deux machines. Regular Migration: # xm migrate <DomainName> <XenHost> Migration du domaine <DomainName> vers la machine Xen <XenHost>. Lors d une migration regular, le domaine est mis en pause. Live Migration: # xm migrate live <DomainName> <XenHost> Le DomU n est PAS mis en pause. La durée de l arrêt effectif est de l ordre de la centaine de millisecondes. Aucune connexion réseau n est perdue lors d un migration Virt. & Cloud 12/13 20

21 Installation de Xen Partitionnement de l espace disque Le partionnement de l espace disque dépend de l utilisation du serveur Xen (nombre de DomU, services des DomU etc...) Comme pour tous serveurs mais encore plus dans le cas de serveurs Xen, les partitions de type LVM sont recommandées. Le Dom0 devant être le plus sécurisé possible, il est recommandé de faire tourner le minimum de service sur le Dom0 ce qui implique un espace disque réduit au strict minimum. Tous les DomU se partageront le reste du disque (si ils ne sont installés sur un serveur de fichier en réseau permettant la migration). Les repertoires/etc /var /tmp etc... des DomU devant être par nature différents (configuration,log, repertoire web, mail etc...) il n en est pas de même pour /usr, /usr/local etc... qui pourront donc être écrits sur un (des) filesystem(s) partagé(s) par les DomU. Ne pas oublier les espaces de swap des DomU. Virt. & Cloud 12/13 21

22 Installation du Dom0 Installer un hypervisseur 64-bit (fonctionne avec un dom0 32-bit et permet de faire tourner des invités 64-bit.) $sudo apt-get install xen-hypervisor-amd64 Modifier GRUB pour démarrer Xen: $sudo sed -i 's/grub_default=.*\+/grub_default="xen 4.1- amd64"/' /etc/default/grub $sudo update-grub Affecter xm (aka xend) au toolstack par défaut : $sudo sed -i 's/toolstack=.*\+/toolstack="xm"/' /etc/default/xen Redémarrer: $sudo reboot Verifier l installation : $sudo xm list Name ID Mem VCPUs State Time(s) Domain r Virt. & Cloud 12/13 22

23 Configuration du Dom0 Editer le fichier /etc/xen/xend-config.sxp Vérifier la configuration réseau (Brigde, NAT ou Route): (network-script network-xxx) (vif-script vif-xxx) Remplacer xxx par bridge,nat ou route. Pour des configurations avancées de réseau, créer ses propres scripts. Attribuer le(s) CPU(s) et la mémoire minimum du Dom0. (dom0-min-mem 192) (dom0-cpus 1) Configurer la Migration. # Cette machine accepte (yes) ou non (no) les migrations (xend-relocation-server yes) # Le port de connexion pour la migration (xend-relocation-port 8002) # Les machines autorisées `a migrer leur DomU (xend-relocation-hosts-allow ^localhost$ ) Virt. & Cloud 12/13 23